CN104568476B - 一种悬挂式轮胎力学特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，由路面模拟模块和悬挂于其正上方的轮胎加载姿态模块(1)组成，轮胎加载姿态模块(1)主要由轮胎、轮轴电机、框架、第一直线滑动组件、第二直线滑动组件、摆动组件、弧形滑动组件以及六分力传感器组成，所述各滑动组件均包含有滑板、导轨、导轨滑块和作动缸；所述路面模拟模块可采用转鼓路面动力模块(2)或平带式路面模块，该实验装置可实现轮胎垂直加载运动、侧倾运动、侧偏运动、轴向进给运动、轮胎制动驱动，并且试验时各个运动之间相互独立，不产生复合姿态耦合现象，保证试验结果的精度及可靠性。悬挂式轮胎力学特性试验装置结构简单，充分有效利用上下两部分空间，使空间布置更加紧凑。

Description

一种悬挂式轮胎力学特性试验装置

技术领域

本发明涉及一种室内轮胎力学特性试验装置，具体涉及一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，用于测定轮胎高速运行工况下的力学特性，从而为研究轮胎在高速时的力学特性提供试验支持。

背景技术

轮胎力特性是汽车性能分析和设计的基础，轮胎力学特性试验装置是轮胎的特性建模以及整车性能集成、调校和开发的关键测试设备之一，它可再现轮胎的各种运行工况，并测定六个自由度运动参数及其与地面六分力的关系，它是汽车动力学仿真设计关键数据的来源。

拖车式的室外轮胎试验装置可以模仿多种路况的轮胎运行，但是由于室外环境的随机性，以及路面的不平整等因素的影响，得到的试验数据并不准确，离散性较大。而室内轮胎试验装置则消除了室外环境对轮胎试验数据的影响，这种试验装置除了模仿路面与车轮的相对运动外，通常能实现轮胎侧偏与侧倾运动，但因机构原理不完善普遍存在侧倾侧偏运动时轮胎印迹中心移动、姿态角度耦合的问题，引发不能消除的侧偏侧倾运动耦合边际效应，如被广泛使用的美国MTS公司生产的所有平带式高速轮胎力学特性试验机就存在这种问题，导致测试轮胎的运动输入参数难以控制，以致测试数据不准确，(可参考文献：轮胎力学特性试验台的运动学分析，EI:20134616974185)。此外，目前可实现轮胎复合工况特性测试的试验装置，结构复杂，庞大，造价昂贵。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够实现轮胎各种运行工况，并且能够精确控制轮胎六个自由度运动参数，实现轮胎六分力特性精确测量的悬挂式轮胎力学特性试验装置。

一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，由路面模拟模块和悬挂于其正上方的轮胎加载姿态模块1组成，其特征在于：

所述轮胎加载姿态模块1主要由轮胎101、轮轴电机120、框架117、第一直线滑动组件、第二直线滑动组件、摆动组件、弧形滑动组件以及六分力传感器102组成，所述各滑动组件均包含有滑板、导轨、导轨滑块和作动缸；

所述轮胎101与轮轴电机120连接并通过第二直线滑动组件与框架117滑动连接，使轮胎101沿竖直方向直线滑动；

所述摆动组件由旋转结构106和第四作动缸116组成，二者一端相对静止固定，另一端均与框架117连接，在第四作动缸116的作用下，轮胎101沿旋转结构106的轴向摆动；

所述第一直线滑动组件和弧形滑动组件叠加安装在摆动组件上方，使轮胎101分别沿轮胎101轴向直线滑动和绕竖直方向的轴线摆动。

所述第一直线滑动组件包括第一滑板110、第一直线导轨滑块111、第一直线导轨112和第一作动缸113，所述第一直线导轨滑块111固定在第一滑板110上，与沿轮胎101轴线方向固定的第一直线导轨112配合，所述第一作动缸113一端相对于第一直线导轨112固定，另一端相对于第一直线导轨滑块111固定，在第一作动缸113的作用下，轮胎101沿第一直线导轨112滑动。

所述第二直线滑动组件包括第二滑板104、第二直线导轨滑块119、第二直线导轨118和第二作动缸105，所述轮胎101与轮轴电机120组件通过轮胎轴外圈支撑121固定在第二滑板104一面，且轮胎101与轮轴电机120的输出轴在轮胎轴外圈支撑121内相对旋转；所述第二直线导轨滑块119固定在第二滑板104的另一面，并与沿竖直方向固定在框架117的第二直线导轨118配合，所述第二作动缸105的一端相对于第二直线导轨118固定，另一端与第二直线导轨滑块119相对固定，在第二作动缸105的作用下，轮胎101沿第二直线导轨118滑动。

所述弧形滑动组件包括第三滑板107、弧形导轨滑块108、弧形导轨109和第三作动缸115，所述弧形导轨滑块108固定安装在第三滑板107上，所述弧形导轨109与第三作动缸115的一端相对静止固定，第三作动缸115的另一端与弧形导轨滑块108连接，弧形导轨滑块108与弧形导轨109相配合，在第三作动缸115的作用下，轮胎101沿弧形导轨109滑动。

所述导轨和导轨滑块均成对设置。

所述路面模拟模块为转鼓路面动力模块2，主要由转鼓架202、转鼓203、传动皮带204和转鼓电机205组成，所述转鼓架202支撑转鼓203固定在铁地板201上，所述转鼓电机205通过传动皮带204带动转鼓203旋转。

所述路面模拟模块为平带式路面模块3。

本发明有益效果为：

1、本发明由于采用以上结构，使轮胎的垂直加载运动、侧倾运动、侧偏运动及制动驱动不产生复合姿态耦合，使轮胎测试中更加容易实现对运动输入的控制，从而降低试验台成本。

2、本发明克服了试验过程中轮胎接地印迹中心改变以及轮胎姿态角耦合的缺点，保证了试验结果的精度及可靠性。

3、本发明充分有效利用上下两部分空间，使空间布置更加紧凑，结构简单合理。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图；

图2是本发明的主视图；

图3是图2的右视图；

图4是本发明中转鼓路面动力模块的立体结构示意图；

图5是本发明中轮胎加载姿态模块的立体结构主视图；

图6是图5沿z轴正方向旋转90度的立体结构示意图；

图7是轮胎垂直加载运动总成结构示意图；

图8是本发明中第一滑板的结构示意图；

图9是本发明采用平带路面动力模块的结构示意图；

图中：

1轮胎加载姿态模块；

101轮胎；102轮胎六分力传感器；103六分力传感器导向杆；104第二滑板；105第二作动缸；106旋转结构；107第三滑板；108弧形导轨滑块；109弧形导轨；110第一滑板；111第一直线导轨滑块；112第一直线导轨；113第一作动缸；114顶板；115第三作动缸；116第四作动缸；117框架；118第二直线导轨；119第二直线导轨滑块；120轮轴电机；121轮胎轴外圈支撑；

2转鼓路面动力模块；

201铁地板；202转鼓支架；203转鼓；204传动皮带；205转鼓电机；

3平带路面动力模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如附图1、2、3所示，本发明公开了一种悬挂式轮胎力学特性试验装置由轮胎加载姿态模块1和路面模拟模块组成，其中路面模拟模块采用转鼓路面动力模块2。

如附图4所示，所述转鼓路面动力模块2主要由铁地板201、转鼓支架202、转鼓203、传动皮带204以及转鼓电机205组成。转鼓支架202支撑转鼓203，并通过铁地板201与地面固定，转鼓电机205通过传动皮带204来带动转鼓203旋转。

如附图5、6、7、8所示，所述的轮胎加载姿态模块1由轮胎101、轮胎六分力传感器102、六分力传感器导向杆103、第二滑板104、第二作动缸105、旋转结构106、第三滑板107、弧形导轨滑块108、弧形导轨109、第一滑板110、第一直线导轨滑块111、第二直线导轨112、第一作动缸113、顶板114、第三作动缸115、第四作动缸116、框架117、第二直线导轨118、第二直线导轨滑块119、轮轴电机120以及轮胎轴外圈支撑121组成。

如图5和图6所示，该试轮胎加载姿态模块1按照运动形态或功能可划分为若干总成，包括：

轮胎垂直加载运动总成、轮胎侧倾运动总成、轮胎侧偏运动总成、轮胎轴向进给运动总成、制动驱动机构总成和轮胎与六分力传感器总成，其中：

轮胎垂直加载运动总成：

如图7、8所示，所述的轮胎垂直加载运动总成主要由轮胎101、轮轴电机120、第二滑板104、第二直线导轨118、第二直线导轨滑块119以及第二作动缸105组成，并通过轮胎轴外圈支撑121固定在第二滑板104上，且轮胎101与轮轴电机120的输出轴可以在轮胎轴外圈支撑121内相对旋转。第二滑板104的背面(与轮胎轴外圈支撑121相连的一面为正面)固定安装有第二直线导轨滑块119，其与框架117上固定的第二直线导轨118相配合。第二作动缸105一端连接在框架117上，另一端与第二直线导轨滑块119相连，在第二作动缸105的作用下，第二直线导轨滑块119带动轮胎101沿第二直线导轨118滑动，即在垂直方向(即图5中z轴方向)上往复运动，实现垂直加载。

轮胎侧倾运动总成：

如图5、6所示，所述的轮胎侧倾运动总成主要由框架117、第三滑板107、旋转结构106以及第四作动缸116组成，其中框架117与第三滑板107通过旋转结构106铰接，第四作动缸116一端与第三滑板107铰接，另一端与框架117铰接，在第四作动缸116的作用下轮胎101将沿旋转结构106的轴线摆动，实现模拟轮胎的侧倾运动。

轮胎侧偏运动总成：

如图5、6所示，所述的轮胎侧偏运动总成主要由第三滑板107、弧形导轨滑块108、弧形导轨109以及第三作动缸115组成，第三滑板107的下面固定安装旋转结构106以及第四作动缸116，其上面则固定安装弧形导轨滑块108，弧形导轨滑块108与第一滑板110下面固定的弧形导轨109相配合。第三作动缸115一端铰接在第一滑板110的下面，另一端铰接在第三滑板107的上面。通过第三作动缸115的作用，轮胎101将沿图5中z轴方向旋转，实现模拟轮胎的侧偏运动。

轮胎轴向进给运动总成：

如图5、6所示：所述的轮胎轴向进给运动总成包含第一滑板110、第一直线导轨滑块111、第一直线导轨112和第一作动缸113。第一直线导轨112与轮胎轴向(即图5中y轴方向)平行，并通过固定顶板114固定于室内顶部。第一直线导轨滑块111固定在第一滑板110上面与第一直线导轨112相配合，第一作动缸113一端固定在固定顶板114下面，另一端铰接在第一滑板110的上面，在第一作动缸113的作用下，轮胎101将在第一直线导轨滑块111的带动下沿其轴向(即图5中y轴方向)滑动，实现轮胎的轴向进给运动，以保证轮胎压在转鼓203的中间位置。

轮胎与六分力传感器总成：

如图7所示，轮胎六分力传感器102安装于轮胎101与轮胎轴之间，可测出轮胎的实时受力情况。

六分力传感器导向杆103可以传输测量数据信号，并可以测试出轮胎的旋转速度。六分力传感器导向杆103一端与102联接，并可以相对102旋转；另一端与第二滑板104固定。这样六分力传感器导向杆103便可以测出轮胎101沿图5中y轴的旋转速度了，另外采集的力的数据信号可以通过103导杆传输出。

轮胎六分力传感器102，可采用例如美国密西根的车载六分力传感器等。

制动驱动机构总成：

如图6、7、8所示，所述轮胎101与轮轴电机120相连，通过轮胎轴外圈支撑121与第二滑板104相连，轮胎101可以在轮胎轴外圈支撑121内相对转动，如图8所示，第二滑板104中间为通孔，轮轴电机120带动轮胎101旋转，若轮胎101速度大于转鼓203速度，则为轮胎的驱动，反之为制动工况。

所述的轮胎垂直加载运动、侧倾运动、侧偏运动及制动驱动是相互独立的，符合文献(EI:20134616974185轮胎力学特性试验台的运动学分析)的运动学要求，不产生复合姿态耦合的现象，保证试验结果的精度及可靠性。

如图9所示，所述的路面模拟模块除采用采用转鼓式轮胎试验台架的转鼓路面动力模块外，还可选用平带式轮胎试验台架的平带式路面模块3。

Claims (6)

1.一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，由路面模拟模块和悬挂于其正上方的轮胎加载姿态模块(1)组成，其特征在于：

所述轮胎加载姿态模块(1)主要由轮胎(101)、轮轴电机(120)、框架(117)、第一直线滑动组件、第二直线滑动组件、摆动组件、弧形滑动组件以及六分力传感器(102)组成，所述各滑动组件均包含有滑板、导轨、导轨滑块和作动缸；所述轮胎(101)与轮轴电机(120)连接并通过第二直线滑动组件与框架(117)滑动连接，使轮胎(101)沿竖直方向直线滑动；所述摆动组件由旋转结构(106)和第四作动缸(116)组成，二者一端相对静止固定，另一端均与框架(117)连接，在第四作动缸(116)的作用下，轮胎(101)沿旋转结构(106)的轴向摆动；所述第一直线滑动组件和弧形滑动组件叠加安装在摆动组件上方，使轮胎(101)分别沿轮胎(101)轴向直线滑动和绕竖直方向的轴线摆动；

所述第一直线滑动组件包括第一滑板(110)、第一直线导轨滑块(111)、第一直线导轨(112)和第一作动缸(113)，所述第一直线导轨滑块(111)固定在第一滑板(110)上，与沿轮胎(101)轴线方向固定的第一直线导轨(112)配合，所述第一作动缸(113)一端相对于第一直线导轨(112)固定，另一端相对于第一直线导轨滑块(111)固定，在第一作动缸(113)的作用下，轮胎(101)沿第一直线导轨(112)滑动。

2.根据权利要求1所述一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，其特征在于：所述第二直线滑动组件包括第二滑板(104)、第二直线导轨滑块(119)、第二直线导轨(118)和第二作动缸(105)，所述轮胎(101)与轮轴电机(120)组件通过轮胎轴外圈支撑(121)固定在第二滑板(104)一面，且轮胎(101)与轮轴电机(120)的输出轴在轮胎轴外圈支撑(121)内相对旋转；所述第二直线导轨滑块(119)固定在第二滑板(104)的另一面，并与沿竖直方向固定在框架(117)的第二直线导轨(118)配合，所述第二作动缸(105)的一端相对于第二直线导轨(118)固定，另一端相对于第二直线导轨滑块(119)固定，在第二作动缸(105)的作用下，轮胎(101)沿第二直线导轨(118)滑动。

3.根据权利要求1所述一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，其特征在于：所述弧形滑动组件包括第三滑板(107)、弧形导轨滑块(108)、弧形导轨(109)和第三作动缸(115)，所述弧形导轨滑块(108)固定安装在第三滑板(107)上，所述弧形导轨(109)与第三作动缸(115)的一端相对静止固定，第三作动缸(115)的另一端与弧形导轨滑块(108)相对固定，弧形导轨滑块(108)与弧形导轨(109)相配合，在第三作动缸(115)的作用下，轮胎(101)沿弧形导轨(109)滑动。

4.根据权利要求1-3中任一项所述一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，其特征在于：所述导轨和导轨滑块均成对设置。

5.根据权利要求1所述一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，其特征在于：所述路面模拟模块为转鼓路面动力模块(2)，主要由转鼓架(202)、转鼓(203)、传动皮带(204)和转鼓电机(205)组成，所述转鼓架(202)支撑转鼓(203)固定在铁地板(201)上，所述转鼓电机(205)通过传动皮带(204)带动转鼓(203)旋转。

6.根据权利要求1所述一种悬挂式轮胎力学特性试验装置，其特征在于：所述路面模拟模块为平带式路面模块(3)。